铌合金复合涂层热腐蚀的研究

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1、2015第二届海洋材料腐蚀与防护大会铌合金复合涂层热腐蚀的研究黄祖江陈泉志董婉冰蒋智秋李伟洲1）1）李伟洲(1975-),研究员,主要从事研究金属材料表面处理与防护2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究报告提纲一、研究背景二、研究内容•1包埋渗铝实验•2微弧氧化实验•3高温热腐蚀研究三、结论2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究研究背景燃气涡轮机（GasTurbine）是现代最重要的动力机械设备之一，以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，把燃料的热能转变为动力机械能。2015.12.06铌合金复合涂层热腐

2、蚀的研究研究背景随着合金成分当前，发动机需要研发和铸造技术的核心金属部件服役温度提高，涡轮发表面温度接近更高的高动机使用温度1150℃温材料也逐渐提高•铁、镍和钴基合金的最高使用温度在1050℃；•镍基单晶高温合金（熔点1400℃）连续使用温度上限为1100℃。2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究研究背景高温比强度大铌合金密度适中(8.6g/cm3)提高铌合金熔点高抗氧化性差抗氧化性(2468℃)600℃以上发生“pest”氧化2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究研究背景向铌基合金中添但是合金元素添加提

3、高加有益元素来调铝化物扩散涂层会降低基体力学性高合金化温整合金的成分和能，而且合金化不铌防组织，从而改善能完全解决铌的抗护高温性能。改性铝化物涂层氧化问题。合金涂抗层氧研MCrAlY包覆涂层化涂层究在基体合金表面提高铌基合金抗氧涂覆具有抗氧化化性，同时又兼顾性保护进性能的热障涂层防护涂层其力学性能。展2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究研究背景氧化铝膜具有良好的抗氧成本低化性和热腐蚀性Al2O3陶瓷膜包埋复微弧工艺界面合简单结合好渗铝涂氧化层特殊操作合金层简单2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究对于长期

4、在海上低空飞行的飞机和海洋军舰，燃气涡轮发动机热端部件的主要腐蚀是高温热腐蚀，即燃气轮机在高温含硫的燃料和含盐的环境中，由于燃烧而沉积在其叶片上的硫酸盐加速腐蚀现象。图1涡轮叶片前缘的热腐蚀Fig.1Hotcorrosionattheleadingedgesofturbineblades2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究研究内容粉末包埋渗铝2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究在真空状态下，利用固体粉末包埋渗在铌合金C103上渗成一层致密、均匀的渗铝层，渗铝剂为10wt%Al+3wt%NaF+87wt%

5、AlO，23其渗铝示意图和工艺曲线如下所示：陶瓷坩埚铌合金C103渗铝剂图1包埋渗铝示意图图2包埋渗铝工艺曲线Fig.1SchematicdiagramofpackcementationaluminizingFig.2Processcurveofpackcementationaluminizing2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究由Nb-Al二元相图可以清晰的发现Nb-Al生成的化合物主要为：NbAl、NbAl和NbAl。其中NbAl相的抗氧化性能最为优异。3233图3Nb-Al二元相图Fig.3Binaryp

6、hasediagramofNb-Alalloysystem2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究(a)Nicoating(b)NicoatingNb-Alcoating40μmNb-Alcoating66μmC103substrateC103substrate940℃渗铝3h940℃渗铝4h(c)Nicoating渗铝温度渗铝时间Nb-Al层厚度940℃3h40μmNb-Alcoating60μm940℃4h66μm900℃4h60μmC103substrate随着渗铝温度和渗铝时间的增加，900℃渗铝4h渗铝层厚

7、度增大；且渗铝时间对渗铝层厚度的影响更大。2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究(a)(b)1magnify铌合金C103渗铝后主要生成NbAl相，表面附着白色3AlO颗粒。232015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究研究内容微弧氧化2015.12.06铌合金复合涂层热腐蚀的研究微弧氧化（Micro-arcOxidation，简称MAO）是一种是在普通阳极氧化的基础上发展起来的一种新的表面处理技术。是将Al、Mg、Ti、Nb等阀金属或其合金置于特定电解液中，利用电化学方法使材料表面出现火花放电现象，在热化学、

8、等离子体化学和电化学的共同作用下，在材料表面原位生成陶瓷膜[1,2]。图4微弧氧化过程溶质作用原理图Fig.4Solutetransferdiagramofmicro-arcoxidation[1]郭锦乐,孙荣禄.有色金属表面微弧氧化工艺研究进展[J].热加工工艺,2013,42(20)[2]张鑫佳,李